JP3587666B2

JP3587666B2 - 直交信号生成装置

Info

Publication number: JP3587666B2
Application number: JP28307497A
Authority: JP
Inventors: 紀佳桜井
Original assignee: Icom Inc
Current assignee: Icom Inc
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH11112585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波で、正確に９０度位相差を有する２つの周波数信号を生成するための直交信号生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル系の直交変復調器あるいは位相型のＳＳＢ変復調器などにあっては、変調および復調するための局部発振信号として、高周波で正確に９０度位相差を有する２つの周波数信号を必要としている。
【０００３】
従来のかかる９０度位相差を有する２つの周波数信号を生成する直交信号生成装置は、１つの発振器から出力された発振信号を２つに分岐し、その一方をそのまま出力し、他方を微分積分回路やＬＣ回路などの移相器を介して９０度移相して出力することで、２つの直交信号が生成されている。しかるに、この微分積分回路やＬＣ回路などにあっては、これらの回路を構成する素子の定数のバラツキにより正確に９０度の位相差を設定することが困難である。そこで、９０度移相器の移相量を調整操作できるようにしたものが提案されている。その一例としては、可変コンデンサなどの可変素子を９０度移相器に組み込み、この可変素子の定数を適宜に調整することで他の素子の定数のバラツキを吸収するようにしたものである。この回路にあっては、調整時には正確に９０度移相されるように調整できても、周囲温度の変化などで素子の定数が変化すると、正確な９０度位相差を維持することができない。
【０００４】
かかる従来技術をさらに改善する技術として、特開平２−２７２９１０号の技術が提案されている。この技術は、９０度位相差からの位相のずれ角に応じて９０度移相器の移相量を制御することで、素子の定数のバラツキや変化などの対して自動的に９０度位相差を維持できるようにしたものである。
【０００５】
上記改良技術を図６を参照して簡単に説明する。図６は、特開平２−２７２９１０号で提案された技術のブロック回路図である。図６において、発振器１０から出力された発振信号が２つに分岐され、その一方がそのまま第１出力端子１２ａに出力され、他方が９０度移相器１４で９０度だけ移相されて第２出力端子１２ｂに出力される。そして、第１出力端子１２ａと第２出力端子１２ｂに出力された２つの周波数信号が、ミキサー１６で乗算されて混合され、その出力がローパスフィルタ１８を介して増幅器２０に与えられ、その増幅出力が積分回路２２で積分されて９０度移相器１４に制御信号として与えられる。
【０００６】
かかる構成において、ミキサー１６の出力信号は、２つの周波数信号の９０度位相差からの位相のずれ角に応じた振幅の大きさの信号と発振信号の２倍の周波数成分の信号とからなる。そこで、ローパスフィルタ１８からは、ずれ角に応じた信号のみが抽出される。そして、この抽出された信号を積分回路２２で積分することで、積分定数に応じた所定電圧に対してずれ角に応じた変化分だけ増加または減少した信号が得られる。そこで、積分定数に応じた所定電圧で９０度移相器１４を２つの周波数信号に正確に９０度位相差を与えるように設定し、積分回路２２の出力が増加側にずれた場合には９０度移相器１４の移相量を少し遅らせ、減少側にずれた場合は少し進めるように制御する。このように積分回路２２の出力が積分定数に応じた所定電圧の大きさとなるように、フィードバック制御を行うことで、結果的に２つの周波数信号は正確な９０度位相差が維持できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特開平２−２７２９１０号で提案された従来技術にあっては、自動的に２つの周波数信号の位相差が９０度となるように補正される、というきわめて優れたものである。しかるに、ローパスフィルタ１８で抽出された９０度位相差からの位相のずれ角に応じた信号は、微少な直流信号であり、これを増幅する増幅器２０は直流増幅器である。そこで、この増幅器２０は周囲温度の変化などにより直流ドリフトを発生するため、その影響で入力信号に比例した出力信号を得ることが困難である。したがって、２つの周波数信号の位相差が、増幅器２０の直流ドリフトの影響によって、正確な９０度位相差からずれる虞がある。また、位相差が９０度の際に積分回路２２から出力される積分定数に応じた大きさの所定電圧は、電源電圧の変動などにより一定に維持されないという虞もある。
【０００８】
本発明は、上述のごとき従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、周囲の温度変化や電源電圧の変動などによる影響を減少させ、正確に９０度位相差を有する高周波の２つの周波数信号を生成することのできるようにした直交信号生成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の直交信号生成装置は、第１周波数で互いに９０度位相差を有する２つの第１周波数信号を生成する第１直交信号生成手段と、前記第１周波数より低い第２周波数で互いに９０度位相差を有する２つの第２周波数信号を生成する第２直交信号生成手段と、前記第１と第２周波数信号を１つづつ混合する第１と第２平衡変調手段と、前記第１と第２平衡変調手段の出力を加算または減算する加減算手段と、前記加減算手段の出力を検波する検波手段と、前記検波手段の出力から前記第２周波数の２倍の周波数信号成分を有する信号を抽出するフィルター手段と、前記フィルター手段で抽出された信号が最小となるように前記第１直交信号生成手段を制御する制御手段と、を備えて構成されている。
【００１０】
前記第１直交信号生成手段を、１つの発振器からの発振信号を２つに分岐し、その一方をそのまま出力し、他方を９０度移相器により９０度移相して出力するようにし、前記制御手段で前記９０度移相器を制御するように構成しても良い。
【００１１】
前記第１周波数を無線通信機の局部発振信号として用いる高周波に設定し、前記第２周波数を９０度位相差を正確に設定できる低周波に設定して構成することもできる。
【００１２】
前記検波手段を、自乗検波手段で構成することも可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本発明の直交信号生成装置の一実施例のブロック回路図である。図２（ａ）、（ｂ）は、図１における第１と第２平衡変調手段の混合出力信号をそれぞれに示す。図３は、図１における加減算手段の加算出力信号を示す。図４は、図１におけるフィルター手段の抽出出力信号を示す。図５は、９０度位相差からの位相のずれ角に対するフィルター手段の抽出出力信号の振幅の大きさを示す。
【００１４】
まず、図１を参照して構成につき説明する。発振器１０から出力された高周波の第１周波数を有する発振信号が２つに分岐され、一方はそのまま第１出力端子１２ａに出力され、他方は９０度移相器１４で９０度だけ移相されて第２出力端子１２ｂに出力される。この発振器１０と９０度移相器１４により第１出力端子１２ａと第２出力端子１２ｂに９０度位相差を有する２つの第１周波数信号を生成出力する第１直交信号生成手段が形成されている。この高周波の第１周波数は、一例として、無線通信機の変復調で用いる局部発振信号の周波数に設定される。
【００１５】
また、第２直交信号生成手段としての、低周波直交信号生成手段３０から第２周波数で９０度位相差を有する２つの第２周波数信号が生成出力される。この第２周波数は、低周波直交信号生成手段３０が正確に９０度位相差を設定できるだけの低い周波数である。なお、高周波信号に比較して、低周波信号にあっては、デジタル回路として容易に構成することができるために、自動的に調整されない回路構成であっても、その移相制御が比較的に正確に設定でき、９０度位相差を有する２つの周波数信号を容易に得ることができる。
【００１６】
そして、第１出力端子１２ａに出力される一方の第１周波数信号と、低周波直交信号生成手段３０から出力される一方の第２周波数信号が、一方のミキサーとしての第１平衡変調手段３２で乗算されて、その混合出力が加減算手段３４に与えられる。また、第２出力端子１２ｂに出力される他方の第１周波数信号と、低周波直交信号生成手段３０から出力される他方の第２周波数信号が、他方のミキサーとしての第２平衡変調手段３６で乗算されて、その混合出力が加減算手段３４に与えられる。この加減算手段３４で、第１平衡変調手段３２および第２平衡変調手段３６の混合出力が加算または減算のいずれか一方がなされ、その加算または減算出力が検波手段としての自乗検波手段３８に与えられる。
【００１７】
さらに、自乗検波手段３８の検波出力が、フィルター手段４０に与えられ、その抽出出力が増幅器４２に与えられる。なお、この増幅器４２は交流増幅器である。そして、増幅器４２の増幅出力が、レベル検出手段４４に与えられて増幅器４２の増幅出力の振幅に応じた信号に変換されて出力される。このレベル検出手段４４は、例えば、アナログ信号として処理するならば整流平滑手段などであり、デジタル信号として処理するならばピークツーピーク検出手段などである。そして、このレベル検出手段４４から出力される振幅に応じた信号、すなわち第１直交信号生成手段の９０度位相差を有する２つの第１周波数信号が９０度位相差からのずれ角に応じた大きさの信号が制御手段４６に与えられる。
【００１８】
そして、この制御手段４６は、レベル検出手段４４から出力される振幅に応じた信号が最小となるように、すなわち２つの第１周波数信号の９０度位相差からのずれ角が零となるように、９０度移相器１４を制御する。ここで、制御手段４６は、マイクロコンピュータなどからなり、９０度移相器１４を進みまたは遅れ方向のいずれかに僅かに移相調整するとともにレベル検出手段４４の出力の増減を判別し、増加するならば逆方向に９０度移相器１４を移相し、減少するならば同方向に９０度移相器１４を移相して、レベル検出手段４４の出力が最小となるようにすれば良い。
【００１９】
次に、上記構成により、フィルター手段４０から、第１直交信号生成手段の２つの第１周波数信号が９０度位相差からの位相のずれ角に応じた振幅の信号が出力される説明をする。
【００２０】
第１直交信号生成手段の第１出力端子１２ａに出力される第１周波数信号を
ａ・ｃｏｓωｔとし（ここで２πｆ１＝ωである。）、
第２出力端子１２ｂに出力され、９０度位相差からのずれ角θを有する第１周波数信号を
ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋θ）とし、
第２直交信号生成手段としての低周波直交信号生成手段３０の２つの第２周波数信号をそれぞれに
ｂ・ｓｉｎｐｔとｂ・ｃｏｓｐｔとすれば（ここで２πｆ２＝ｐである。）、一方の第１平衡変調手段３２の混合出力は数１と示される。
【数１】

また、他方の第２平衡変調手段３６の混合出力は数２と示される。
【数２】

したがって、第１平衡変調手段３２と第２平衡変調手段３６からは、図２（ａ）、（ｂ）に示すごとく、
ｆ１−ｆ２とｆ１＋ｆ２の周波数成分の信号がそれぞれに出力される。
【００２１】
そして、加減算手段３４で第１平衡変調手段３２と第２平衡変調手段３６の出力を加算すると、その加算出力は数３と示される。
【数３】

この数３において、ずれ角θが微小であれば、ｃｏｓ（θ／２）はほぼ「１」であり、ｓｉｎ（θ／２）はほぼ「０」である。そこで、加減算手段３４からは、図３で示すごとく、ｆ１−ｆ２の周波数成分のずれ角θに応じた振幅の小さな信号と、ｆ１＋ｆ２の周波数成分の振幅の大きな信号が出力される。なお、加減算手段３４で第１平衡変調手段３２と第２平衡変調手段３６の出力を減算した場合には、ｆ１−ｆ２の周波数成分の振幅の大きな信号とｆ１＋ｆ２の周波数成分の振幅の小さな信号が得られる。
【００２２】
さらに、数３に示す加減算手段３４の加算出力を自乗検波手段３８で自乗検波すると、その検波出力は数４と示される。
【数４】

この数４の第１項は、直流成分からなる信号と２（ｆ１＋ｆ２）の周波数成分からなる信号で構成され、第２項は直流成分からなる信号と２（ｆ１−ｆ２）の周波数成分からなる信号で構成されている。また、第３項は、２・ｆ１の周波数成分からなる信号と２・ｆ２の周波数成分からなる信号で構成されている。
【００２３】
そこで、自乗検波手段３８の検波出力を直流成分と高周波である
２（ｆ１＋ｆ２）と２（ｆ１−ｆ２）および２・ｆ１の周波数成分を遮断し、低周波である２・ｆ２の周波数成分の信号のみを通過させるフィルター手段４０の抽出出力信号が、数５で示される。
【数５】

したがって、フィルター手段４０からは、図４に示すごとく、ずれ角θに応じた振幅の小さな２・ｆ２の周波数成分の信号が出力される。そして、ずれ角θとこの２・ｆ２の周波数成分の信号の振幅は、図５に示すごとく、ずれ角θが進み側および遅れ側のいずれでも９０度まで増加するのに伴い２・ｆ２の周波数成分の信号の振幅も増加する。ずれ角θが零であれば、２・ｆ２の周波数成分の信号の振幅は最小である。
【００２４】
そこで、このようにしてフィルター手段４０からの抽出出力信号が最小となるように９０度移相器１４を制御することで、第１出力端子１２ａと第２出力端子１２ｂから出力される２つの第１周波数信号は正確に９０度位相差を有するものとなる。そして、かかる制御により、９０度移相器１４を構成する素子の定数のバラツキや周囲温度の変化による定数の変化が、２つの第１周波数信号の位相差に影響を与えることがない。
【００２５】
なお、第１直交信号生成手段としては、分岐された発振信号の一方が９０度移相器１４により移相される構成に限られず、例えば、分岐されたそれぞれの発振信号をそれぞれに４５度移相器を介して互いに逆方向に４５度づつ移相する構成であっても良い。この場合には、制御手段４６で一方の４５度移相器を制御するようにすれば良い。また、ミキサーとしての第１平衡変調手段３２と第２平衡変調手段３６は、混合入力としての第１と第２周波数信号がともにその混合出力に現れないものである。そこで、混合出力に混合入力としての第１と第２周波数信号がともに現れるミキサーを用い、その後段に第１と第２周波数信号を遮断するフィルター手段を設けるならば、結果的に平衡変調手段と同様な出力信号が得られることとなる。そこで、本発明における第１平衡変調手段３２と第２平衡変調手段３６には、かかるミキサーとフィルター手段を組み合わせて同様な作用を奏する回路構成をも含むことは、勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の直交信号生成装置は、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００２７】
請求項１記載の直交信号生成装置にあっては、フィルター手段から出力される９０度位相差からの位相のずれ角に応じた信号が最小となるように第１直交信号生成手段を制御することで、９０度位相差を有する２つの第１周波数信号を得ることができる。しかも、回路を構成する素子の定数のバラツキや周囲温度の変化による定数の変化さらには電源電圧の変動などがあっても、その影響を減少させることができる。そこで、正確で精度の高い９０度位相差を有する２つの第１周波数信号を得ることができる。
【００２８】
また、請求項２記載の直交信号生成装置にあっては、第１直交信号生成手段を、１つの発振器と移相角の調整が可能な９０度移相器で構成しているので、その構成は従来のものと同様に簡単であり、しかも出力される２つの９０度位相差信号には周波数差が存在しない。
【００２９】
そして、請求項３記載の直交信号生成装置にあっては、第１周波数信号と混合する第２周波数信号を、９０度位相差を自動的な調整を必要としない回路構成でも正確に設定できる低周波とし、この低周波信号の正確な９０度位相差を基準として第１周波数信号を調整するので、第１周波数信号が無線通信機の変復調などに用いる局部発振信号としての高周波信号であっても、正確に９０度位相差を設定することができる。
【００３０】
さらに、請求項４記載の直交信号生成装置にあっては、検波手段として、自乗検波手段を用いるので、位相のずれ角に応じた振幅の小さな信号を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直交信号生成装置の一実施例のブロック回路図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、図１における第１と第２平衡変調手段の混合出力信号をそれぞれに示す。
【図３】図１における加減算手段の加算出力信号を示す。
【図４】図１におけるフィルター手段の抽出出力信号を示す。
【図５】９０度位相差からの位相のずれ角に対するフィルター手段の抽出出力信号の振幅の大きさを示す。
【図６】特開平２−２７２９１０号で提案された技術のブロック回路図である。
【符号の説明】
１０発振器
１２ａ第１出力端子
１２ｂ第２出力端子
１４９０度移相器
３０低周波直交信号生成手段
３２第１平衡変調手段
３４加減算手段
３６第２平衡変調手段
３８自乗検波手段
４０フィルター手段
４６制御手段

Claims

第１周波数で互いに９０度位相差を有する２つの第１周波数信号を生成する第１直交信号生成手段と、前記第１周波数より低い第２周波数で互いに９０度位相差を有する２つの第２周波数信号を生成する第２直交信号生成手段と、前記第１と第２周波数信号を１つづつ混合する第１と第２平衡変調手段と、前記第１と第２平衡変調手段の出力を加算または減算する加減算手段と、前記加減算手段の出力を検波する検波手段と、前記検波手段の出力から前記第２周波数の２倍の周波数成分を有する信号を抽出するフィルター手段と、前記フィルター手段で抽出された信号の大きさが最小となるように前記第１直交信号生成手段を制御する制御手段と、を備えて構成したことを特徴とする直交信号生成装置。
請求項１記載の直交信号生成装置において、前記第１直交信号生成手段を、１つの発振器からの発振信号を２つに分岐し、その一方をそのまま出力し、他方を９０度移相器により９０度移相して出力するようにし、前記制御手段で前記９０度移相器を制御するように構成したことを特徴とする直交信号生成装置。
請求項１記載の直交信号生成装置において、前記第１周波数を無線通信機の局部発振信号として用いる高周波に設定し、前記第２周波数を９０度位相差を正確に設定できる低周波に設定して構成したことを特徴とする直交信号生成装置。
請求項１記載の直交信号生成装置において、前記検波手段を、自乗検波手段で構成したことを特徴とする直交信号生成装置。